HORNOS ELECTRICOS DE ARCO

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Simulación del Horno de Arco Eléctrico
Guía del Usuario - Versión 1
1 Introducción y Condiciones generales de uso ...................................................2
2 Introducción a la aceración en el Horno de Arco Eléctrico ..................................2
2.1 Conceptos Básicos....................................................................................................... 2
2.2 Calentamiento y Fusión................................................................................................ 2
2.3 Otras consideraciones operativas ............................................................................... 3
3 Objetivos de la Simulación ..............................................................................3
4 Opciones de la Simulación ..............................................................................3
4.1 Velocidad de la Simulación.......................................................................................... 3
4.2 Grado de acero final..................................................................................................... 3
5 Planificación de su programa...........................................................................4
6 Preparación de la chatarra...............................................................................5
6.1 Selección de la chatarra................................................................................................5
6.1.1 Interfaz de usuario........................................................................................... 6
6.2 Carga de la chatarra en canastas.................................................................................7
6.2.1 Interfaz de usuario........................................................................................... 8
7 Operación del horno .......................................................................................9
7.1 Carga del horno............................................................................................................ 9
7.2 Electrodos..................................................................................................................... 9
7.3 Posiciones del control de potencia .............................................................................10
7.4 Paneles de enfriamiento por agua..............................................................................10
7.5 Adiciones ..................................................................................................................... 11
7.6 Fusión y Afino..............................................................................................................12
7.6.1 Adiciones de formadores de escoria .............................................................12
7.6.2 Inyección de carbono y oxígeno....................................................................12
7.6.3 Eliminación del fosforo y del azufre...............................................................12
7.7 Colada..........................................................................................................................13
7.8 Interfaz de usuario.......................................................................................................13
7.9 Atajos de teclado.........................................................................................................14
7.9.1 Agregar materiales de aleación (Tecla A).....................................................14
7.9.2 Visualizar el registro de eventos (Tecla E)....................................................15
7.9.3 Revisar análisis (Tecla R) ..............................................................................15
7.9.4 Cerrar Caja de Diálogo (Tecla X) ..................................................................15
8 Resumen de resultados................................................................................. 15
9 Relaciones científicas subyacentes................................................................ 16
9.1 Temperatura ................................................................................................................16
9.2 Reacciones importantes..............................................................................................16
9.3 Cálculo de las adiciones de aleantes .........................................................................17
9.3.1 Cálculo de las adiciones para lograr la composición final ............................17
9.4 Desoxidación ...............................................................................................................18
9.4.1 Cálculo de adiciones ......................................................................................19
9.5 Escoria espumante..................................................................................................... 20
9.6 Desulfuración...............................................................................................................21
9.7 Eliminación del fósforo ............................................................................................... 23
10 Bibliografía ..................................................................................................24

steeluniversity.org Simulación del Horno de Arco Eléctrico. Guía del Usuario
© 2006 The University of Liverpool 2
1 Introducción y Condiciones generales de uso
Este documento ha sido preparado como una guía del usuario para la simulación del
horno de arco eléctrico, disponible en http://www.steeluniversity.org/. La simulación
interactiva ha sido diseñada como una herramienta educativa y de capacitación tanto
para los estudiantes de la metalurgia de metales ferrosos como para los empleados de la
industria del acero.
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financieros, incluyendo el lucro cesante) en que se pudiese incurrir como consecuencia del uso
de toda información incluida en este documento.
Nada de lo que contiene este documento será considerado como un asesoramiento de
naturaleza técnica o financiera que pudiera influir o no de alguna manera u otra.
2 Introducción a la aceración en el Horno de Arco Eléctrico
2.1 Conceptos Básicos
El Horno de Arco Eléctrico (Electric Arc Furnace) (EAF) es actualmente la forma más común
de reciclar acero a partir de chatarra. Existe una amplia variedad de chatarra de acero, tanto
en términos de composición (desde el acero al carbono hasta el acero altamente aleado para
herramientas) como de geometría (desde una chapa de acero finamente triturada hasta
grandes vigas). Mediante la fusión de la chatarra en el horno con la ayuda de electrodos y
corriente eléctrica, un acero nuevo y funcional puede ser producido a partir de viejos
productos. En lugar de utilizar nuevos recursos de materia prima, elementos de acero básicos
y aleaciones valiosas pueden ser reutilizadas, lo que es beneficioso tanto desde un punto de
vista económico como ambiental.
2.2 Calentamiento y Fusión
El calor que se requiere para fundir chatarra de acero es provisto por los arcos eléctricos
generados entre los electrodos y la chatarra en el horno. La energía eléctrica de un horno de
arco eléctrico (EAF) estándar varía entre los 50-120 MW, dependiendo del tamaño del horno.
La fusión de la chatarra ocurre en un rango de temperaturas de 1500-1550°C, dependiendo de
la composición de la chatarra de acero.
Luego que la chatarra ha sido fundida, la temperatura normalmente es aumentada a los
efectos de llevar a cabo las reacciones de afino. Se podrá inyectar oxígeno y carbono en las
fases acero y escoria, respectivamente. Sin embargo, las reacciones pueden también crear
productos nocivos para la calidad del acero y por consiguiente necesitan ser cuidadosamente
manipulados. Para ello, se forma una escoria con la ayuda de agentes escorificantes, tales

como cal, dolomita y fluorita. La escoria, al tener una densidad menor que el acero,
normalmente flota en la superficie del acero. Además de absorber las impurezas del acero, la
escoria también lo protege de la atmósfera. Más aún, protege las paredes del horno de los
arcos, aumentando así la eficiencia eléctrica. Por lo tanto, es de gran importancia mantener
una alta calidad de escoria y proporcionarle propiedades espumantes (ver Sección 0).
Una vez que la chatarra ha sido fundida y afinada a la composición y temperatura deseadas, el
contenido es volcado en una cuchara para su tratamiento secundario y colado. La colada
puede ser a través de una piquera o de un orificio de colada ubicado en el fondo del horno.
2.3 Otras consideraciones operativas
A primera vista, los procesos básicos del EAF parecen bastante directos –mediante la simple
provisión de suficiente energía eléctrica para calentar y fundir la chatarra de acero. Sin
embargo, el proceso en su totalidad tiene lugar bajo condiciones de temperatura extrema, lo
que complica el mantenimiento del horno y la corrección de posibles problemas. Por ejemplo,
a fin de preservar los materiales refractarios del recipiente, las paredes del horno tienen
incorporados paneles de enfriamiento por agua. Sin un control minucioso, los mismos se
pueden sobrecalentar y la temperatura del proceso deberá ser, por consiguiente, ajustada.
Durante la totalidad del proceso, la alimentación eléctrica deberá ser equilibrada a fin de
hacer un mejor uso del suministro de energía; proceso que es controlado por el operador.
Los electrodos necesitan ser manipulados cuidadosamente, debido a su limitada tenacidad
mecánica. Si el horno es llenado con una cantidad excesiva de chatarra gruesa, los electrodos
deberán ser bajados con mucho cuidado a fin de evitar roturas costosas.
Los electrodos se desgastan progresivamente durante el calentamiento y la fusión y por lo
tanto se deben tomar medidas para evitar “electrodos cortos”.
Estos son algunos ejemplos de los diversos eventos que pueden surgir durante el proceso en el
EAF. Sin embargo, en esta simulación, algunos aspectos han debido ser simplificados a fin de
lograr una simulación en el EAF más atractiva e interesante.
3 Objetivos de la Simulación
El objetivo de la simulación es seleccionar y fundir chatarras en el EAF para lograr la
composición final deseada del grado de acero elegido y para colarlo dentro de los límites de
tiempo y temperatura.
Usted también deberá lograr minimizar el costo de toda la operación.
4 Opciones de la Simulación
4.1 Velocidad de la Simulación
La simulación puede ser ejecutada dentro de un rango de diferentes velocidades entre ×1 y
×32. La velocidad puede ser modificada en cualquier momento durante la simulación.
Aumentar la velocidad de simulación puede ser conveniente en determinadas etapas de la
misma. Sin embargo, ciertas operaciones requieren de un cuidadoso monitoreo y por lo tanto
se le recomienda usar esta opción con mucha precaución.
4.2 Grado de acero final
En la simulación usted puede producir cuatro tipos de acero diferentes.

El grado de acero para la construcción de aplicación general es un grado relativamente
poco exigente que requiere de un mínimo procesamiento y por lo tanto se recomienda a
usuarios noveles. Su principal tarea será garantizar los niveles correctos de adiciones de
aleantes.
Un acero de ultra bajo carbono (ULC) con TiNb para partes de la carrocería de un
automóvil tiene una concentración de carbono menor a 0.0035 %C a fin de optimizar la
conformabilidad. Su principal prioridad es, por lo tanto, seleccionar materias primas que
tengan una relativamente baja concentración de carbono, ya que el mismo deberá ser
eliminado en los posteriores procesos de la metalurgia secundaria.
El acero para tuberías de distribución de gas es un grado de acero muy específico ya que la
combinación de alta resistencia y alta tenacidad a la fractura requiere de niveles de impureza
extremadamente bajos (S, P, H, O y N). Sólo se recomienda intentar este grado a los usuarios
más experimentados.
El acero para construcción mecánica es un acero termotratable con un grado de aleación
baja que contiene importantes adiciones de Cr y Mo.
Nótese que las composiciones finales deseadas para los diferentes grados de acero en esta
simulación corresponden a los requisitos necesarios previos al tratamiento secundario. Nótese
también que estos valores no son equivalentes a la composición final del acero antes de la
colada.
Tabla 4-1 Composiciones finales para los cuatro grados de acero disponibles en la simulación.
Acero para la
construcción
Acero ULC con
TiNb
Acero para
Tuberías
Acero para
construcción
mecánica
Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx
C 0.10 0.130 0.05 0.10 0.040 0.060 0.30 0.45
Si 0.10 0.50 0.15 0.50 0.10 0.30 0.50
Mn 1.00 1.50 0.65 1.20 0.90 1.30 0.60 1.20
P 0.025 0.055 0.075 0.008 0.035
S 0.10 0.050 0.010 0.080
Cr 0.10 0.050 0.060 1.2
Al 0.055 0.035 0.030
B 0.0005 0.005 0.005 0.005
Cu 0.15 0.080 0.060 0.35
Ni 0.15 0.080 0.050 0.30
Nb 0.050 0.030 0.018
Ti 0.010 0.035 0.010
V 0.010 0.010 0.010
Mo 0.040 0.010 0.010 0.30
5 Planificación de su programa
Antes de comenzar la simulación, es muy importante la planificación previa. Cuanto más
preparado se encuentre, mejores resultados podrá obtener al ejecutar la simulación. La
simulación del EAF consiste de tres etapas visuales. En las primeras dos etapas usted
preparará los materiales a partir de los cuales elaborará su grado de acero seleccionado y en la
tercera y última etapa usted fundirá sus materiales en el horno y los afinará para obtener el
resultado final deseado.

1. Seleccionar el grado de acero y mezclar las chatarras apropiadas para la
composición final deseada
2. Cargar los materiales seleccionados en las canastas
3. Cargar, fundir y afinar los materiales en el horno de arco eléctrico
• Carga de las canastas de chatarra en el horno
• Calentamiento y fusión de la chatarra
• Adiciones de aleantes y agentes formadores de escoria
• Inyección de carbono y oxígeno para lograr una escoria espumante
• Control de los equipos
• Colada
6 Preparación de la chatarra
6.1 Selección de la chatarra
Al comienzo de la simulación, se lo proveerá de una lista de diez materiales de chatarra
diferentes. Los mismos siguen normas de los Estados Unidos – no existe una norma
internacional para la clasificación de chatarra. Cada uno de estos materiales posee
propiedades tales como composición, densidad aparente, forma y costo. En la simulación, la
composición real varía un ±5 % del porcentaje de cada elemento en el material.
NOTA: Si la concentración de carbono promedio de un determinado
material de chatarra es establecida en 0.1 %, su concentración real
variará entre los 0.095 y 0.105 %.
Esto significa que la composición real de la mezcla del material fundido diferirá levemente de
la composición calculada en la primera etapa. La Tabla 6-1 contiene la lista de materiales que
se le presentarán en la primera etapa de preparación.
Tabla 6-1 Materiales de Chatarra
Materiales de
Chatarra
Composición promedio
/ wt-%
Densidad
aparente
/ kg m-³
Forma* Costo
/ tonelada
métrica
Pesada No1 0.025 %C, 0.017 %Si, 0.025 %P,
0.033 %S, 0.2 %Cr, 0.15 %Ni,
0.03 %Mo +Fe bal.
0.85 CG $160
Pesada No2 0.03 %C, 0.022 %Si, 0.028 %P,
0.035 %S, 0.26 %Cr, 0.18 %Ni,
0.03 %Mo +Fe bal.
0.75 CG $140
Interna de baja
aleación
0.17 %C, 0.04 %Si, 0.31 %Mn,
0.013 %P, 0.0014 %S, 0.26 %Cr,
0.4 %Ni, 0.001 %Nb, 0.015 %Ti,
0.005 %V, 0.14 %Mo +Fe bal.
3.0 CG $240
Chapa y estructural 0.25 %C, 0.25 %Si, 1.0 %Mn,
0.025 %P, 0.025 %S, 0.15 %Cr,
0.05 %Mo, 0.15 %Ni, 0.22 %Sn
2.0 CG $290
Interna de acero
inoxidable
0.015 %C, 0.33 %Si, 1.64 %Mn,
0.014 %P, 0.002 %S, 18.32 %Cr,
8.08 %Ni, 0.01 %Nb,
0.004 %Ti, 0.01 %V, 1.3 %Mo,
0.16 %N +Fe bal.
3.0 CG $330

Paquetes No1 0.027 %C, 0.012 %Si,
0.12 %Mn, 0.01 %P, 0.006 %S,
0.032 %Cr, 0.02 %Ni,
0.001 %Ti +Fe bal.
1.2 CF $180
Paquetes No2 0.04 %C, 0.016 %Si, 0.12 %Mn,
0.014 %P, 0.008 %S, 0.04 %Cr,
0.03 %Ni, 0.0014 %Ti +Fe bal.
1.1 CF $170
Hierro de
Reducción Directa
(HRD)
2.4 %C, 0.1 %P, 0.01 %S,
0.02 %Ti, 0.03 %Nb, 0.02 %
+Fe bal.
1.65 CF $220
Triturada 0.03 %C, 0.015 %Si, 0.02 %P,
0.03 %S, 0.12 %Cr, 0.1 %Ni,
0.02 %Mo +Fe bal.
1.5 CMF $200
Recortes No1 0.03 %C, 0.01 %Si, 0.02 %P,
0.02 %S, 0.08 %Cr, 0.06 %Ni,
0.01 %Mo +Fe bal.
1.5 CMF $210
* CS = Chatarra gruesa, FS = Chatarra fina, VFS = Chatarra muy fina
A partir de la información proporcionada en la Tabla 6-1 usted debería poder reunir una
mezcla de materiales y acercarse a la composición final de su grado de acero elegido. Puede
llegar a ser muy difícil o imposible lograr la composición exacta. También es aceptable una
combinación similar y se puede agregar cualquier elemento que faltare en las siguientes
etapas del proceso, avanzada la simulación.
La masa final de una carga es de aproximadamente 100 toneladas métricas de acero. Al
elegir los materiales se recomienda limitarse a la masa y volumen establecidos debido a los
límites de capacidad del horno:
• Límite de masa de la chatarra = 90 toneladas métricas (la capacidad de 10 toneladas
métricas restantes puede ser requerida para más adiciones a lo largo del proceso).
• Límite del volumen de la chatarra = máx. 100 m³. El límite real depende mucho de las
densidades aparentes de las diferentes chatarras utilizadas y también de la forma en
que las mismas están distribuidas entre las canastas de carga.
Nótese que los materiales de chatarra varían en densidad aparente, que también deberá ser
considerada. Los materiales tales como la chatarra "Interna de baja aleación" se encuentran
empaquetados más densamente y tienen una mayor densidad aparente, y por lo tanto el
volumen de una determinada masa es menor. Otros materiales tales como la "chatarra
triturada", que contienen grandes volumenes de aire y por lo tanto tienen una baja densidad
aparente, contribuirán a un mayor volumen.
Cuando usted seleccione los materiales, se le presentará el costo de su mezcla actual. Sin
embargo, el costo real dependerá solamente de las cantidades cargadas en las canastas en el
próximo paso.
Recuerde que no existe sólo una forma correcta de cumplir con los objetivos de la simulación
y tener éxito en la fabricación del acero que usted ha elegido producir. Las rutas del proceso
son numerosas, lo que proporciona una amplia gama de posibilidades de encontrar su ruta
individual hacia las composiciones finales de la simulación.
Cuando haya terminado de seleccionar las materias primas, haga click en Siguiente para
dirigirse hacia el Patio de Chatarra.
6.1.1 INTERFAZ DE USUARIO
En este ejemplo el usuario ha decidido fabricar un acero para la construcción. La tabla
muestra las fracciones calculadas de cada elemento en la mezcla de chatarra junto con los
números finales de cada elemento. El gráfico de barras proporciona el soporte visual de la
composición agregada. Las barras naranjas y rojas indican la falta o exceso de un elemento en

particular, respectivamente. La escala en Y es logarítmica y sólo los elementos más comunes
del acero son mostrados.
Ejemplo
Puede ser difícil igualar la composición con una alta precisión. En la Figura 6-1, las
materias primas han sido seleccionadas a fin de lograr una composición adecuada para
fabricar acero para tuberías. 10 toneladas métricas de chatarra Pesada No 1, 45 toneladas
métricas de Paquetes No 1, 30 toneladas métricas de Paquetes No 2 y 5 toneladas métricas
de chatarra triturada han sido seleccionadas. La masa total de la selección es de
90 toneladas métricas, que equivale a la masa máxima permitida.
El gráfico de barras que representa la composición pronosticada del acero muestra que la
concentración de Si y Mn es menor que los valores finales mínimos (barras naranjas) por lo
tanto estos dos elementos deberán ser aleados durante el proceso. En cambio, la
concentración de fósforo es muy alta (barra roja) y por lo tanto la defosforación será
necesaria a fin de lograr la composición final deseada.
Figura 6-1. Recorte de la pantalla de selección de chatarra. Las materias primas para el acero para
tuberías han sido seleccionadas.
6.2 Carga de la chatarra en canastas
Luego de elegir los materiales de chatarra y avanzar a la próxima etapa, la siguiente tarea será
distribuir la chatarra entre las tres canastas provistas. Por favor tenga en cuenta:
• Volumen del horno = 40 m³
• Los contenidos de cada canasta deberían ser fundidos uno por uno a los efectos de
usar eficientemente la capacidad del horno.
El volumen límite para la primera canasta de chatarra está fijado en el volumen límite del
horno (A en la Figura 6-2). Teniendo en cuenta que la densidad del acero líquido es mucho
mayor que la densidad aparente de la chatarra, el volumen del contenido de la primera

canasta disminuirá considerablemente luego de ser fundido y dejará más espacio para la
chatarra que proviene de la segunda y tercera canasta. Teniendo en cuenta que parte de la
capacidad del horno será ocupada por la chatarra fundida de la primera canasta, los límites de
volumen de la segunda y tercera canasta serán por consiguiente definidos por la capacidad
neta del horno, es decir, [A – A’ = B].
Figura 6-2. A medida que el volumen en A disminuye durante la fusión, se crea espacio para B.
Queda totalmente a su criterio la cantidad de canastas a utilizar (entre 1 y 3) para transportar
sus materiales hasta el horno y en que orden desea introducir los diferentes materiales de
chatarra en las canastas.
SUGERENCIA: Evite sobrecargar cualquier canasta con chatarra
gruesa, ya que esto aumentaría la probabilidad de roturas de los
electrodos. Se recomienda que no más del 30 % de la masa total
en cada canasta esté formada por chatarra gruesa. En caso de ser
necesario, distribuya su chatarra gruesa entre las tres canastas.
6.2.1 INTERFAZ DE USUARIO
La carga de chatarra en la canasta se logra a través de los siguientes pasos:
• Haga click en un depósito para elegir un tipo de chatarra.
• Por omisión, el material será cargado en la primer canasta, tal como lo indica la
flecha.
• Utilice el control de "Transferencia de masa" para aumentar o disminuir la cantidad
de chatarra a ser transferida.
• Para cambiar el material, haga click en otro depósito de chatarra. Los depósitos de
chatarra vacíos serán desactivados. NOTA: Una vez que usted cambia el tipo de
chatarra, no puede volver atrás y eliminar las adiciones anteriores de la canasta.
• Aparecerá un cartel de advertencia si usted trata de sobrellenar una canasta.
• Cuando se encuentre satisfecho con la primera canasta, haga click en la segunda
canasta para comenzar la carga. NOTA: Una vez que cambia de canasta, no puede
volver atrás y alterar el contenido de la canasta anterior.
• Una vez que haya completado la carga de sus canastas, haga click en Siguiente para
continuar.
A
A’
B

Ejemplo
Hay tres canastas disponibles en el patio de chatarra. Cada canasta tiene un volumen de
40 m³. Como continuación del ejemplo anterior, la Figura 6-3 muestra que la chatarra
elegida para fabricar aceros para tuberías ha sido parcialmente cargada en las canastas.
La primera canasta ha sido llenada con chatarra y la segunda canasta se encuentra ahora
seleccionada. Tenga en cuenta que el usuario acaba de transferir 15 toneladas métricas de
Paquetes No 2 en la canasta de chatarra #2. El área sombreada de negro en las canastas #2
y #3 representa el volumen líquido de la chatarra de la(s) canasta(s) anterior(es).
Figura 6-3. Ejemplo de la pantalla correspondiente al Patio de chatarra.
7 Operación del horno
Usted ha llegado ahora al horno de arco eléctrico. Tal como se mencionó en la introducción, la
escoria tendrá un rol importante en el proceso. Por lo tanto, los agentes formadores de escoria
también deben ser agregados en esta etapa. Aquí, las canastas pueden ser vaciadas una por
una en el EAF, de esta forma los materiales de chatarra seleccionados pueden ser fundidos.
7.1 Carga del horno
Utilice la grúa para levantar las canastas y transferirlas al horno. Verifique que el techo se
encuentre abierto. Una vez que la canasta se encuentre encima del horno, haga click en el
ícono de la puerta de la canasta para volcar su contenido en el horno. Retire la grúa/canasta
antes de cerrar el techo.
El mismo procedimiento es utilizado para cargar las demás canastas.
7.2 Electrodos
La energía eléctrica es distribuida entre los tres electrodos, los que fundirán la chatarra
creando un arco entre ellos y esta última. Los electrodos son consumidos durante el proceso

con un desgaste progresivo y a una velocidad individual durante el funcionamiento. Algunos
ajustes del posicionamiento de los electrodos serán necesarios para garantizar que los tres
electrodos se encuentren en contacto con el material a fin de que la energía sea transferida
eficazmente.
Los electrodos son frágiles y consumibles a un costo de US$ 200 por electrodo. Tenga en
cuenta que este costo sólo será agregado a su costo total en caso de producirse una rotura de
electrodo.
SUGERENCIA: Si la cantidad de chatarra gruesa en el horno es
mayor o igual al 25 %, asegúrese de bajar los electrodos lentamente.
De esta forma usted minimizará el riesgo de rotura de un electrodo.
7.3 Posiciones del control de potencia
Existen cuatro posiciones diferentes del control de potencia de energía eléctrica:
Tabla 7-1. Posiciones del control de potencia y sus respectivos niveles de energía.
Posición del
control de
potencia
Nivel de
Energía
0 0 MW
1 75 MW
2 90 MW
3 105 MW
4 120 MW
Cada uno de ellos puede ser seleccionado durante el calentamiento y la fusión, dependiendo
de la demanda de energía. El costo asociado con la energía eléctrica es de $0.57 por kW h.
Tan pronto la fusión haya sido completada, sería apropiado tomar una muestra de análisis de
la composición actual. El resultado podría ayudarlo a tomar decisiones sobre los próximos
pasos, por ejemplo, adiciones de aleantes, soplado de oxígeno, etc.
7.4 Paneles de enfriamiento por agua
A medida que la temperatura del proceso de calentamiento aumenta progresivamente, el EAF
se expone a condiciones térmicas extremas. Las paredes y el fondo del horno corren un riesgo
especialmente elevado y por lo tanto están equipados con paneles de enfriamiento por agua.
Aún así, el desempeño de los mismos puede verse limitado a temperaturas demasiado
elevadas. Al tratar de cumplir con el objetivo final para su grado de acero es también
importante crear condiciones de trabajo perdurables para el horno (es decir, variar las
posiciones del control de potencia).
La información sobre las temperaturas de paneles de enfriamiento por agua es provista en un
esquema de colores:
• Todas las secciones verdes, Tagua < 75 °C
• Una sección naranja, Tagua = 75 - 90 °C
• Una sección roja, Tagua = 90 – 105 °C
• Todas las secciones rojas, Tagua > 105 °C

NOTA: La energía eléctrica será automáticamente cortada cuando la
temperatura alcance los 110°C. Usted no podrá restituir la energía
eléctrica hasta tanto la temperatura haya bajado a 80°C.
7.5 Adiciones
A lo largo del proceso de fusión y afino usted puede agregar materiales a fin de aumentar la
concentración de elementos de aleación, desoxidar el acero, desulfurar el acero o aumentar la
masa de la escoria. La lista completa de aditivos puede ser visualizada en la Tabla 7-2.
Para obtener ayuda a fin de calcular con precisión las adiciones de aleantes, ver la Sección 9.3.
Tabla 7-2. Lista de aditivos disponibles durante los procesos de fusión y afino.
Aditivos Composición Densidad
aparente
/ toneladas
métricas m-³
Forma Costo
/ ton.
mét.
Al 99.15 %Al, 0,82 %Fe, 0.03 %Cu 2.4 Granallas $1400
Carbono 99.9 %C, 0.011 %S 1 Polvo $280
Cr-carburo 7.82 %C, 0.23 %Si, 0.021 %P, 0.051 %S,
70.11 %Cr, 0.0092 %Ti
3.5 Granallas $590
Cr-carburo
(bajo en
Azufre)
8.12 %C, 0.34 %Si, 0.017 %P, 0.024 %S,
69.92 %Cr
3.5 Granallas $660
Dolomita 38.5 %MgO, 2 %SiO2, 0.005 %P,
0.15 %S + CaO bal.
1 Polvo $120
Polvo del
EAF
20.03 %Cr, 11.2 %Ni, 4.44 %Mn,
0.91 %Si, 0.019 %P, 0.003 %Ti,
0.001 %S + Fe bal.
0.9 Polvo $-120
FeMn, HC 76.5 %Mn, 6.7 %C, 1.0 %Si, 0.03 %S,
0.3 %P + Fe bal.
4.0 Granallas $350
FeMn, LC 81.5 %Mn, 0.85 %C, 0.5 %Si, 0.1 %S,
0.25 %P + Fe bal.
4.0 Granallas $600
FeMo 0.044 %C, 0.14 %Si, 0.044 %P,
0.092 %S, 62.02 %Mo + Fe bal.
6 Granallas $16800
FeSi75 0.08 %C, 60.3 %Si, 0.014 %P,
0.002 %S, 1.23 %Al, 0.05 %Ti + Fe bal.
2.5 Granallas $700
FeSi75
(bajo en
Ti)
0.008 %C, 75.6 %Si, 0.003 %P,
0.024 %Al, 0.014 %Ti + Fe bal.
2.5 Granallas $840
FeV 0.25 %C, 0.72 %Si, 0,031 %P, 0.081 %S,
1.23 %Al, 78.82 %V + Fe bal.
3.5 Granallas $8400
Fluorita 20 %CaO, 20 %MgO, 20 %SiO2,
0.001 %P, 0.06 %S + CaF2 bal.
1 Polvo $180
Oxido de
hierro
0.3 %AL2O3, 0.5 %CaO, 0.1 %MgO,
0.001 %P + FeO bal.
1.8 Polvo $140
Cal 1.2 %Al2O3, 1.8 %MgO, 2.1 %SiO2,
0.01 %P, 0.01 %S + CaO bal.
1 Polvo $120
Cascarilla
de
laminación
0.65 %C, 0.4 %Si, 0.61 %Mn, 0.019 %P,
0.002 %S, 0.2 %Cr, 0.25 %Ni, 0.05 %V,
0.1 %Mo + Fe bal.
1.6 Polvo $0
SiC 30 %C, 70 %Si 1.5 Granallas $610
SiCr 1.82 %C, 25.33 %Si, 0.014 %P,
0.015 %S, 38.23 %Cr + Fe bal.
3.5 Granallas $940
Virutas 0.03 %P, 0.113 %S, 0.698 %Cr,
0.538 %Mo + Fe bal.
1 VFS $110

7.6 Fusión y Afino
7.6.1 ADICIONES DE FORMADORES DE ESCORIA
Las propiedades de la escoria tales como viscosidad, capacidad de azufre, capacidad de
fósforo, etc. varían con la composición y la temperatura. Una de las principales tareas en esta
simulación es mantener propiedades de la escoria adecuadas agregando agentes formadores
de escoria tales como cal, dolomita y/o fluorita. Algunos de los óxidos metálicos presentes en
la escoria son acídicos, por lo tanto el agregado de agentes formadores de escoria básicos
contribuye a mantener la basicidad de la escoria a un nivel adecuado. La alta basicidad de la
escoria (es decir, una alta relación cal-sílice) es también beneficiosa para la eliminación del
fósforo, sin embargo, se debe tener cuidado de no saturar la escoria con cal ya que esto
provocaría un incremento de la viscosidad de la escoria, lo que haría que la escoria sea menos
eficaz.
SUGERENCIA: Mantener una basicidad de la escoria entre 1.2 y
2.5 ayuda a lograr una escoria espumante y también otorga buenas
propiedades para la desulfuración.
7.6.2 INYECCION DE CARBONO Y OXIGENO
Durante y luego de la fusión de los materiales, muchos de los diversos compuestos y
elementos comienzan a reaccionar entre sí. A fin de lograr las cantidades requeridas de los
respectivos elementos en el acero, los procesos de reacción pueden facilitarse mediante la
inyección de oxígeno en la fase del acero a través de la lanza.
Una de las reacciones oxidantes forma monóxido de carbono, CO (g), que es de fundamental
importancia en la formación de escoria espumante. La inyección de carbono en la fase de la
escoria a través de la lanza crea burbujas de CO al reaccionar con el oxígeno. Estas burbujas
contribuyen a que la escoria "espume". Una escoria espumante protege al acero líquido de la
reacción con la atmósfera y también aumenta la eficiencia eléctrica al sumergir el arco de los
electrodos. Esto aumenta la eficiencia térmica y permite que el horno opere a altos voltajes sin
dañar las paredes del horno. Sumergir el arco también ayuda a evitar que el nitrógeno sea
expuesto al arco donde puede disociarse e ingresar al acero.
En la simulación, los costos asociados a la inyección de carbono y oxígeno son:
• Velocidad posible de flujo de carbono: 50-150 kg por minuto
• Costo: $0.28 per kg
• Velocidad posible de flujo de oxígeno: 100-150 Nm³ por minuto
• Costo: $0.10 per Nm³
7.6.3 ELIMINACION DEL FÓSFORO Y DEL AZUFRE
Lamentablemente, las condiciones favorables para la eliminación del fósforo son opuestas a
aquellas que promueven la eliminación del azufre. Por lo tanto, aún cuando estos elementos
hayan sido transferidos a la fase escoria, pueden revertirse al acero.
Fósforo
La retención del fósforo en la escoria depende de la temperatura y de la actividad de oxígeno
en el acero líquido y de la basicidad y concentración de FeO en la escoria. A altas temperaturas
o bajos niveles de FeO, el fósforo se revierte de la escoria al acero líquido. Por lo tanto, la
eliminación de fósforo normalmente se lleva a cabo lo más pronto posible en la etapa del
calentamiento cuando la temperatura es baja.

Azufre
A fin de eliminar el azufre del acero líquido, es necesario utilizar un agente formador de
sulfuros, como por ejemplo un compuesto de calcio. Las reacciones de los agentes formadores
de sulfuros se promueven en una atmósfera reductora, a un nivel bajo de oxígeno, una alta
masa de escoria y alta temperatura. Normalmente, todo esto se obtiene al final del proceso.
7.7 Colada
La colada comienza cuando el botón de rotación debajo del cuerpo del horno es presionado. Al
comenzar a colar el acero líquido en la cuchara, finalizará efectivamente la etapa actual de la
simulación. Cuando se completa la colada, es decir, cuando ya no queda acero en el horno, la
simulación avanzará automáticamente hasta la pantalla resumen.
7.8 Interfaz de usuario
Figura 7-1. Interfaz de usuario en la parte superior de la pantalla del horno.
En la parte superior de la pantalla del horno, el usuario puede encontrar la siguiente
información:
• Velocidad de la simulación – haga click aquí para aumentar o disminuir la
velocidad de la simulación entre 1 y 32.
• Tiempo transcurrido – muestra el tiempo desde el comienzo de la simulación en
HH:MM:SS.
• Temperatura del acero líquido – indicada en °C.
• Energía relativa – muestra la energía eléctrica actualmente utilizada en cada
electrodo. Puede emplearse para determinar cuando toda la chatarra ha sido fundida
y lo que es aún más importante, la cantidad de energía que está siendo transferida
desde los electrodos hacia la chatarra y el acero líquido.
• Electricidad total actual – indicada en MW.
• Posición del control de potencia – haga click aquí para cambiar la posición del
control de potencia entre 0 y 4 para establecer el nivel de potencia apropiado, ver
Tabla 7-1.
• Paneles de enfriamiento por agua – presenta la temperatura del agua en el
sistema de enfriamiento, ver Sección 7.4.
Además de la información en la parte superior de la pantalla, hay también una representación
visual de la temperatura superficial de los electrodos y de la chatarra. El color de la chatarra
cambiará de gris a rojo a medida que aumente la temperatura. Por otra parte, los electrodos
toman calor rápidamente y por lo tanto cambian su color, también rápidamente, para
representar la temperatura superficial en diferentes áreas del electrodo.
• Las canastas de chatarra son trasladadas al horno empleando la grúa que tiene
una pequeña caja de control encima del gancho.

• El techo del horno se abre o cierra cuando las flechas ubicadas en ambos lados son
presionadas. Tenga en cuenta que los electrodos tendrán que retraerse por completo
antes que el techo pueda ser abierto.
• Los electrodos se bajan o suben juntos mediante las flechas hacia arriba o hacia
abajo ubicadas en el lado izquierdo del horno.
• Mover ligeramente los electrodos en forma individual hacia arriba y hacia
abajo es también necesario, por ejemplo, para compensar el efecto de desgaste en la
punta del electrodo. El movimiento ascendente y descendente se logra moviendo las
flechas hacia arriba o hacia abajo en cada electrodo.
Figura 7-2. Pantalla del horno.
Las lanzas de carbono y oxígeno son insertadas o retiradas a través de la apertura de la puerta
de carga de la escoria. Abra o cierre la puerta de carga de la escoria mediante un click en la
puerta. Cuando la lanza de carbono y oxígeno ha sido totalmente insertada, aparecerá un
controlador del flujo de carbono y oxígeno. Entonces será posible ajustar las velocidades del
flujo o apagar el flujo de C/O.
7.9 Atajos de teclado
Independientemente de su planificación de la ruta de la simulación usted necesitará tener
acceso a algunas acciones durante el calentamiento. Para ello cuenta con algunos shortcuts de
teclado.
7.9.1 AGREGAR MATERIALES DE ALEACIÓN (TECLA A)
Si presiona la tecla A usted puede realizar su selección de materiales de aleación. Al ejecutar
su orden podrá ver el costo total de la misma.

7.9.2 VISUALIZAR EL REGISTRO DE EVENTOS (TECLA E)
Presione la tecla E para acceder al registro de eventos. El registro de eventos puede ser
copiado desde la simulación o imprimirse directamente mediante un click con el botón
derecho del mouse y la posterior selección del comando imprimir desde la caja de diálogo.
7.9.3 REVISAR ANALISIS (TECLA R)
Si presiona la tecla R obtendrá la composición de la mezcla actual en el horno. Luego de la
primera vez que usted utilice esta acción, siempre se le presentará la muestra anterior y
deberá hacer un click en “Tomar una nueva muestra” para recibir una nueva muestra. Los
números de color naranja representarán las cantidades insuficientes de elementos en la
mezcla, mientras que los números de color rojo representarán las cantidades excesivas; los
números de color verde estarán dentro del rango final del grado de acero.
• El costo de una muestra de análisis es de $40
7.9.4 CERRAR CAJA DE DIALOGO (TECLA X)
Para salir de cualquier caja de diálogo que pudiera aparecer (por ejemplo, advertencia, guía,
etc.) haga click en la tecla X del teclado.
8 Resumen de resultados
La pantalla resumen muestra los resultados del proceso en ejecución, conjuntamente con los
costos de operación totales, expresados como US$/tonelada métrica. En caso de haber
aprobado la totalidad de los criterios del grado de acero, aparecerá en el margen superior
derecho de la pantalla el ícono del certificado de steeluniversity.org. Como reconocimiento a
su exitosa ejecución del proceso usted podrá imprimir un certificado. Para ello, haga click en
el ícono cuando haya analizado el resumen.
En la pantalla resumen, todavía se puede acceder al registro de eventos presionando la tecla
E. Usted también puede ver el análisis del acero si presiona la tecla A y el análisis de la escoria
si presiona la tecla S o mediante un click en el botón correspondiente.

Figura 8-1 Recorte de la pantalla resumen.
9 Relaciones científicas subyacentes
Esta sección cubre algunas de las relaciones científicas más importantes que sostienen la
química y la termodinámica que corresponden a esta simulación.
9.1 Temperatura
Calcule la temperatura liquidus utilizando la siguiente fórmula disponible en la literatura:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
++++
++++
−=
Cr%3.1Ni%1.3Cu%5S%30
P%34Mn%9.4Si%6.7C%78
1537liqT 9-1
9.2 Reacciones importantes
Debido a la alta afinidad del oxígeno por elementos tales como el aluminio, silicio, cromo,
carbono, fósforo e hierro, se forman con facilidad óxidos metálicos que por su baja densidad
relativa flotarán hasta la fase escoria. Todas estas reacciones son exotérmicas, es decir,
proporcionan calor al sistema y por lo tanto energía adicional para la fusión y el calentamiento
de la chatarra. El modelo termodinámico y cinético en la simulación supone que la reacción
que brinda la concentración más baja de oxígeno controlará la actividad del oxígeno disuelto
en el acero.
Las siguientes reacciones son altamente exotérmicas y con la ayuda de la información en la
Tabla 9-1 y su temperatura estimada, usted puede calcular la cantidad de energía de
calentamiento proveniente de las reacciones.

Tabla 9-1 Reacciones exotérmicas
∆G° = A + B×TReacción
A B
J mol-1 J mol-1 K-1
2 Al + 3 O = Al2O3 -1243950 395,79
C + O = CO (g) -21790 -39,75
2 Cr + 3 O = Cr2O3 -823545 360,79
Fe + O = FeO -121090 52,5
Si + 2 O = SiO2 -571935 225,28
9.3 Cálculo de las adiciones de aleantes
Los aditivos son agregados al horno por diversas razones
• Para ajustar la composición final del acero
• Para desoxidar el acero haciéndolo reaccionar con oxígeno y formar óxidos que serán
absorbidos en la escoria
• Para ajustar la composición de la escoria a fin de lograr una escoria que sea más
efectiva para la desulfuración o la defosforación.
9.3.1 CALCULO DE LAS ADICIONES PARA LOGRAR LA COMPOSICION FINAL
En la mayoría de los casos, cuando se agregan aleantes al acero, el material de adición
contiene más de un elemento. Los materiales de adición agregados que contienen una mezcla
de 2 o más componentes son a menudo denominadas aleaciones madre. Al utilizar dichos
aditivos, la cantidad del elemento deseado en la aleación madre debe ser tomada en cuenta así
como también la “tasa de recuperación” elemental. La “tasa de recuperación” es la cantidad de
cada elemento que aumenta realmente la concentración del elemento en el acero líquido en
lugar de perderse en la escoria, etc.
XX
X
m
deónrecuperacidetasamadrealeaciónen%
cucharalaenmasa%100
aditivo
×
×∆×
= 9-2
Ejemplo
250 toneladas métricas de acero contienen 0.12 %Mn. Calcule que cantidad de
ferromanganeso de alto carbono (HC FeMn) debe ser agregada para lograr una
composición de 1.4 %Mn. La ferroaleación utilizada contiene 76.5 %Mn y la tasa de
recuperación típica para el Mn es del 95 %. La sustitución de estos valores resulta en:
kg4,403
5%9%5.76
kg000,502)%12.04.1(%100
HCFeMn =
×
×−×
=m
Absorción de otros elementos
Al agregar aleaciones madre es también importante tener en cuenta, y si fuese necesario
calcular, el efecto de otros componentes en la composición total del acero. La cantidad
absorbida (es decir, el aumento) de un determinado elemento está dada por el
reordenamiento de la ecuación 9-2 que resulta en:
acerodemasa100
deónrecuperacidetasamadrealeaciónen%
% aditivo
×
××
=∆
XXm
X 9-3

Ejemplo
Del ejemplo previo, calcule la cantidad de carbono absorbido. El HCFeMn contiene 6.7 %C
con una tasa de recuperación del 95 %.
C%112.0
kg250,000%100
5%9%7.6kg4,403
C% =
×
××
=∆
Sin duda, tal incremento del carbono podría ser crítico en determinados grados de acero de
bajo y de ultra bajo carbono. En tales casos, sería necesario utilizar las más costosas
aleaciones madre de ferromanganeso de alta pureza o de bajo carbono.
Tiempos de mezcla
Es importante tener en cuenta que las adiciones de aleantes realizadas en la cuchara no
producen cambios instantáneos en la composición del acero, y en cambio, tardan un tiempo
determinado en disolverse. En la simulación, asegúrese de permitir el tiempo suficiente para
que las adiciones de aleantes se disuelvan, observando las siguientes tendencias:
• Las adiciones de polvos y partículas finas se disuelven más rápido que las partículas
gruesas o granallas;
• Los tiempos de mezcla aumentarán a medida que la temperatura disminuya.
9.4 Desoxidación
El aluminio es un agente desoxidante muy potente y controla la actividad de oxígeno en el
acero líquido mediante la reacción química:
térmicaenergía)O(Al3[O]2[Al] 32 +→+ 9-4
para la cual la constante de equilibrio está dada por:
2
Al
3
O
OAl
OAl
32
aa
a
K
⋅
=− 9-5
donde
5.20
]K[
780,62
log OAl −=−
T
K 9-6
Si se reordena la ecuación 9-5 en términos de actividad de oxígeno se obtiene:
3
OAl
2
Al
OAl
O
32
−⋅
=
Ka
a
a 9-7
La relación entre aO y aAl ha sido graficada para tres temperaturas diferentes en la Figura 9-1.
A partir de esto, podemos ver que la desoxidación con aluminio es más eficaz a bajas
temperaturas.

0
5
10
15
20
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
[Al] / wt%
[O]/ppm
1623°C / 2628.8°F
1600°C / 2592°F
1550°C / 2512°F
Figura 9-1 Curvas de equilibrio Al-O para tres temperaturas diferentes.
Si bien el aluminio es uno de los desoxidantes más potentes, no olvide que el oxígeno disuelto
puede ser controlado por otro elemento. Por lo tanto, es importante calcular las constantes de
equilibrio para los otros elementos (ver Sección 9.2) a fin de determinar que elemento
reaccionará con el oxígeno formando óxidos mientras que los óxidos de otros elementos son
reducidos.
• Calcular la actividad del oxígeno basándose en el equilibrio termodinámico de la
reacción yxyx OMeOMe ↔⋅+⋅ para los elementos Al, C, Cr, Fe y Si.
• Identificar la reacción que resulta en la actividad de oxígeno más baja.
9.4.1 CALCULO DE ADICIONES
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 0.025 0.05 0.075 0.1
[Al] / wt%
[O]/ppm
Adición de Al
2Al+3O→Al2O3
A
B
C
Al residual Al desoxidante
Figura 9-2 Cálculo de la adición de Al desde el comienzo de la actividad de O.

Tomemos una composición inicial de 400 ppm de oxígeno y sin aluminio, representada por el
punto A en el diagrama.
Una adición de aproximadamente 0.095 % de aluminio está representada por el punto B.
Como la misma se encuentra muy por encima de la curva de equilibrio Al-O, el aluminio y el
oxígeno reaccionarán para formar Al2O3. Suponiendo estequiometría, 2 átomos de Al (=54
unidades de masa) reaccionan con 3 de oxígeno (=48 unidades de masa), siguiendo por lo
tanto la línea descendente al punto C – la composición de equilibrio a esa temperatura. El
porcentaje de peso del aluminio que se requiere para la desoxidación es por lo tanto:
inicialdesox ]O[%
48
54
Al% ≈ 9-8
Al calcular la adición total de aluminio requerida, este valor deberá ser agregado a la
composición final (o residual) de Al del acero.
Ejemplo
250 toneladas métricas de acero con un contenido de oxígeno de 450 ppm (0.045 %) será
desoxidado con Al al momento de la colada. Suponiendo una tasa de recuperación de Al del
60 % y una composición final de Al del 0.04 %, calcule la cantidad de aleación de 98%Al que
se requiere.
Aluminio para la desoxidación (de la ecuación 9-8) (54/48) × 0.045 % = 0.051 %
+ Aluminio final deseado 0.040 %
= Total de aluminio requerido 0.091 %
Ahora utilice la ecuación 9-2 para registrar la masa de la adición de aleantes.
kg863
%60%98
kg000,250%091.0%100
Al =
×
××
=m
9-9
9.5 Escoria espumante
Al inyectar carbono en la fase acero y de oxígeno en la fase escoria, se forman burbujas de CO
y se genera una escoria espumante. Se produce la siguiente reacción:
CO(g)OC ⇔+ 9-10
donde la constante de equilibrio está dada por:
OC
CO
OC
aa
p
K
⋅
=− 9-11
Para concentraciones bajas, las actividades del C y del O son equivalentes a sus
concentraciones, de tal forma que:
][%][%
CO
OC
OC
p
K
⋅
=− 9-12
07.2
]K[
168,1
log OC +=−
T
K 9-13

0
200
400
600
800
1000
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
[C] / wt%
[O]/ppm
pCO = 1 atm
pCO = 0.1 atm
pCO = 0.01 atm
Figura 9-3 Concentraciones de equilibrio de [C] y [O] a distintas presiones.
También es importante mantener una basicidad de la escoria entre 1.2 y 2.5 para
facilitar la escoria espumante. Entre otras limitaciones, usted no podrá tener demasiado
sólido (máximo: 5 toneladas métricas) o muy poco líquido (mínimo: 50 toneladas métricas).
La basicidad es calculada mediante la siguiente ecuación:
)SiO(%
)CaO(%
Basicidad
2
= 9-14
9.6 Desulfuración
Ciertos grados de acero, tales como aquellos utilizados para las tuberías de conducción de gas
y petróleo requieren de niveles muy bajos de azufre a fin de brindar mejores propiedades de
soldadura y conformado. La desulfuración es impulsada por un intercambio de azufre entre el
acero líquido y la escoria. Las reacciones que se producen están gobernadas por la
concentración de aluminio y azufre disueltos en el acero y la concentración de cal, alúmina y
sulfuro de calcio en la escoria. Generalmente, ésto se traduce en la siguiente reacción:
)O(AlCaS)(33[S]Al][23(CaO) 32+→++ 9-15
En la práctica, la desulfuración en el EAF se logra por:
• El agregado de escoria desulfurante sintética basada en CaO;
• La desoxidación con aluminio del acero a una muy baja actividad del oxígeno (de
lo contrario, el Al reaccionará preferentemente con el O);
Cal, dolomita o fluorita pueden ser agregados en cualquier momento durante la simulación.
Presione A para acceder a la caja de diálogo Agregar materiales de aleación desde donde
usted puede elegir las adiciones de material.

• Especificar la masa del aditivo a ser agregada. A mayor agregado de aditivos de
escoria, más azufre podrá eliminar, sin embargo esto deberá compatibilizarse con el
costo de la escoria.
• La composición de la escoria deberá ser estimada ya que realizar un análisis de la
composición de la misma lleva demasiado tiempo para ser de alguna utilidad durante
el proceso. El análisis de la escoria está sin embargo disponible en el resumen de la
simulación. Es importante procurar y mantener una relación CaO a Al2O3 alta, ya que
una escoria con concentraciones más altas de CaO tiende a tener una mayor relación
de partición del azufre, LS, y por lo tanto es más eficaz en la eliminación del azufre.
En teoría la concentración de azufre en “equilibrio” [ %S]equ para una determinada escoria
está dada por:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
s
m
S
s
m
S
0equ
1
1
1
][%][%
W
W
L
W
W
L
SS 9-16
donde
[ %S]0 = la concentración de azufre inicial, en wt-%
Ws = el peso de la escoria, en kg
Wm = el peso del metal, en kg
LS = la partición del azufre entre la escoria y el acero
Figura 9-4. Valores LS para el sistema ternario Al2O3-CaO-SiO2. a 1600 °C.
El valor de LS está determinado por una compleja función de la composición de la escoria,
aluminio disuelto y concentración de oxígeno en el acero y la temperatura. Sin duda, a fin de
minimizar la cantidad y costo de los aditivos de escoria utilizados, se requiere de un alto valor

de LS. Generalmenten, una baja concentración de oxígeno disuelto es necesaria así como
también una temperatura mayor a los 1600 C. Para definir la composición final de la escoria,
se presenta un diagrama ternario de escoria con valores LS en la Figura 9-4.
La ecuación 9-16 puede reordenarse en términos de la cantidad de escoria requerida para
lograr una concentración de azufre específica, es decir, estableciendo [ %S]aim = [ %S]equ:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ −
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
final
final0
S
m
s
][%
][%][%
S
SS
L
W
W 9-17
Ejemplo
Suponiendo una concentración de azufre de 0.008% y una tasa de partición del azufre,
LS de 500, ¿cuál es la cantidad mínima de escoria desulfurante que deberá agregarse a 250
toneladas métricas de acero a fin de lograr un nivel de azufre (S) de 0.002%?
Mediante la ecuación 9-17:
métricaston.1.5
%002.0
%002.0%008.0
500
250
s =⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=W 9-18
Nota: La cinética de la desulfuración es tal que el nivel de
“equilibrio” de 0.002% de azufre se logrará en la práctica sólo luego
de un tiempo infinito de agitación.
9.7 Eliminación del fósforo
El fósforo en los productos de acero está asociado con propiedades mecánicas muy pobres,
fisuraciones intergranulares y micro-segregación durante la solidificación. Concentraciones
inferiores a 0.015% son generalmente requeridos para la mayoría de los grados de acero
aunque algunos aceros especiales pueden requerir una concentración menor al 0.001%.
La retención de fósforo en la escoria depende de la temperatura del acero líquido, la basicidad
de la escoria y de la concentración de cal, magnesita y óxido de hierro en la misma. Mantener
bajas concentraciones de FeO o altas temperaturas harán que el fósforo se revierta al acero.
Por otra parte, mantener una alta basicidad será beneficioso para la eliminación del fósforo,
sin embargo, deberá procurarse no saturar la escoria de cal. Un aumento de la concentración
de cal en la escoria provocará una mayor viscosidad y, eventualmente, un drástico aumento de
la temperatura liquidus, resultando en la solidificación de la escoria. Se puede agregar fluorita
para fluidificar la escoria, es decir, reducir el punto de fusión.
La partición del fósforo se describe como:
eq
eq
P
][%
)(%
P
P
L = 9-19
En general, si se requieren niveles muy bajos de fósforo, es común elegir el material de
chatarra a utilizar para darle un nivel bajo luego de la fusión ya que existen posibilidades
limitadas de que el fósforo sea eliminado en el Horno de Arco Eléctrico. La escoria de un
horno EAF posee normalmente una partición del fósforo entre 5 y 15, lo que significa que no
más de un 20 a 50 % de la concentración del fósforo en el acero podrá ser eliminada.

10 Bibliografía
• The Making, Shaping and Treating of Steel: Steelmaking and Refining Volume, AISE
Steel Foundation, Pittsburgh, 1998, ISBN 0-930767-02-0
• E.T. Turkdogan: Fundamentals of Steelmaking, The Institute of Materials, London, 1996,
ISBN 1-86125-004-5
• M. Andersson & T.Sjökvist: Processmetallurgins grunder, Stockholm 2002, pp.180-197
• S. Poliakova: Development of an Electric Arc Furnace Simulation, M.Sc. Thesis, Royal
Institute of Technology (KTH), Department of Materials Science and Engineering,
Stockholm, 2005
• EAF Technology: State of the Art and Future Trends, International Iron and Steel
Institute, Brussels, 2000, ISBN 2-930069-39-2

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